В Томске из водопроводной трубы сделают «невидимое» покрытие для военной техники

Исследователи из Томского политехнического университета (ТПУ) и Цзилиньского университета (КНР) предложили новые методы быстрого и недорогого производства порошка из полых магнетитовых микросфер. Поскольку этот материал эффективно поглощает электромагнитное сверхвысокочастотное излучение, из него можно сделать стелс-покрытия для военной техники, делая ее невидимой для радаров. Порошок может быть использован и в мирной жизни — в медицине и энергетике. Об изобретении сообщается в поступившем в редакцию пресс-релизе. Микросферы иэ магнетита (оксид железа с формулой Fe3O4) имеют особые магнитные свойства, позволяющие материалу эффективно поглощать СВЧ-излучение. В диапазоне от 4 до 12 гигагерц они способны поглощать до 99,99 процентов электромагнитного излучения. Все это крайне желательные характеристики для защиты аппаратуры оптоволоконной связи от помех (в данном диапазоне) или для маскировки военной техники от компактных радаров. Другая ценная черта магнетита — полые сферы из него хорошо удерживают лекарства, а для человека вполне безвредны (наш мозг даже сам вырабатывает частицы магнетита, хотя и неизвестно зачем). Поэтому такие наночастицы можно вводить в кровоток, где они будут постепенно высвобождать лекарства, давая активному веществу возможность оказывать постоянное, а не разовое действие на пациента. Однако реализация всех этих возможностей требует воспроизводимого и сравнительно недорогого производственного процесса. До сих пор единых стандартов в создании микросфер оксида железа нет, поэтому их качество может серьезно разниться, а высокая стоимость в ряде случаев затрудняет практическое применение. Используемый томскими разработчиками способ получения магнетита и ряда других оксидов железа выглядит не вполне обычно. Для этого применяется созданный в ТПУ ускоритель плазмы, куда монтируется отрезок стальной водопроводной трубы длиной примерно 20 сантиметров (рабочее тело). В ускорителе зажигается плазма и через стальную трубу проходит плазменный разряд. Частицы плазмы (ядра атомов с «содранными» электронами) попутно увлекают металл со стенок трубы и выносят его с собой в камеру, наполненную кислородом. Плазма нагревает рабочее тело до очень большой температуры, облегчающей быстропротекающую плазмохимическую реакцию, параметры которой (высокая температура и скорость перемещения атомов железа и кислорода) позволяют получить нано- и микрочастицы оксида железа в одном и том же диапазоне размеров. При этом длительность реакции измеряется миллисекундами, что позволяет получать большое количество такого порошка с каждой установки и дополнительно снижает его стоимость. Что важно, по своим свойствам такие микро- и наночастицы резко отличаются от оксидов железа, получаемых стандартными химическими методами, например, «медленным окислением». Установка позволяет создавать не только микросферы магнетита, но и так называемую эпсилон-фазу оксида железа. Эпсилон-фаза — это полиморф оксида железа (II), который может быть получен только в лабораторных условиях и не имеет аналогов в природе. Он отличается от всех стандартных оксидов железа тем, что его кристаллическая решетка может содержать участки, разные по пространственной организации, в то время как кристаллическая решетка стандартных оксидов железа имеет регулярный характер. За счет необычной структуры магнитные свойства такого оксида также отличаются от типичных оксидов. Скажем, эпсилон-фаза имеет самую большую коэрцитивную силу — значение напряженности магнитного поля, необходимое для полного размагничивания ферромагнитного материала — среди простых оксидов металлов. Для эпсилон-фазы оно достигает 23 килоэрстедов. Кроме того, поглощение электромагнитного излучения в радиодиапазоне у эпсилон-фазы оксида железа в десять раз выше, чем у магнетита. Все это делает его крайне ценным материалом как в электронике, так и в области маскировки военной техники от радаров. Есть у магнетита и эпсилон-фазы оксида железа еще одно свойство — он заметно улучшает свертываемость крови, хотя пока это удалось подтвердить только в лаборатории. Работа в этом направлении ведется томичами в сотрудничестве с гематологами, и в ближайшее время они надеются выяснить, насколько новая разработка может пригодиться в медицине.